La basílica adopta una planta de cruz latina y un lenguaje arquitectónico predominantemente románico-bizantino, muy visible en sus volúmenes curvos, sus cúpulas y su ornamentación monumental. La fachada principal presenta una composición simétrica, coronada por una gran cúpula central y flanqueada por torres.
El templo forma una unidad visual con la basílica de la Inmaculada Concepción, situada por encima de ella. Desde la explanada y desde los espacios exteriores del santuario, la basílica del Rosario funciona como el nivel inferior de una composición arquitectónica escalonada que conduce la mirada hacia la iglesia superior.
La decoración exterior e interior no pretende solo embellecer el edificio. Su finalidad consiste en presentar, mediante imágenes y símbolos, los misterios centrales de la fe cristiana contemplados desde la oración del Rosario.
Fachada y mosaicos
Los mosaicos de la fachada representan escenas de la vida de Jesucristo relacionadas con los misterios del Rosario. En 2007 se inauguraron nuevos mosaicos dedicados a los misterios de luz, incorporados a la iconografía de la basílica.
La presencia de estos mosaicos posee un significado teológico preciso. El Rosario no constituye una devoción centrada exclusivamente en María, sino una oración cristológica: mediante la repetición del avemaría, el fiel contempla los acontecimientos de la vida, muerte y glorificación de Jesucristo con María y bajo su guía.
Interior
El interior está organizado para favorecer la participación de numerosos peregrinos en las celebraciones litúrgicas. Las capillas y los altares laterales permiten venerar diversas advocaciones marianas y ofrecen espacios para la oración personal y comunitaria.
Las vidrieras y los mosaicos presentan escenas relacionadas con la historia de la salvación y con la vida de Cristo. La decoración convierte el edificio en una catequesis visual: el peregrino recorre, a través de las imágenes, los principales acontecimientos del Evangelio.
La iconografía del templo se integra en el carácter propio de Lourdes. La luz de las velas, las procesiones, el canto, la oración del Rosario y la celebración eucarística forman un conjunto espiritual inseparable de la experiencia arquitectónica de la basílica. El papa Benedicto XVI describió Lourdes como un lugar marcado por el simbolismo de la luz y recordó la costumbre de santa Bernardita de llevar una vela durante las apariciones.